本报告旨在用最通俗的语言和生活化的比喻，为你全面解读以太坊宏大的技术升级路线图。这份路线图不仅是一系列技术更新，更是以太坊从“世界计算机”的最初构想，演变为一个安全、可扩展、去中心化的“全球数字账本”的战略蓝图。
本报告旨在用最通俗的语言和生活化的比喻，为你全面解读以太坊宏大的技术升级路线图。这份路线图不仅是一系列技术更新，更是以太坊从“世界计算机”的最初构想，演变为一个安全、可扩展、去中心化的“全球数字账本”的战略蓝图。我们将逐一剖析路线图的六大内核阶段——合并（The Merge）、扩容（The Surge）、净化（The Scourge）、边缘（The Verge）、清除（The Purge）和综合提升（The Splurge）。
在每个阶段，我们都将解释它解决了什么现实问题，采用了哪些关键技术，并深入探讨其背后的设计权衡与挑战。你将看到，以太坊正在经历一场深思熟虑的变革：从一个试图包揽所有计算任务的单一主干道（L1），演变为一个以“立交桥网络”（L2 Rollups）为内核的模块化架构。在这个蓝图中，主干道（L1）专注于提供最坚实的安全保障和数据基础，而无数立交桥（L2）则承载着海量的应用和交易。这一演进，正契合了回归协议本身简洁性和长期稳定性的新趋势，旨在为全球去中心化数字经济打造一个真正可信、中立的底层基础设施。
引言：无限花园的创世纪与扩建蓝图
最初的梦想：一台人人可用的“世界计算机”
以太坊的诞生源于一个宏大的设想。2013 年，创始人 Vitalik Buterin 构想了一个超越比特币支付功能的通用型区块链——一台“世界计算机” 。它的内核是图灵完备的以太坊虚拟机（EVM），允许任何开发者在上面创建和运行去中心化应用（dApp）。2015年，这个构想成为现实，一个能执行代码的全球网络正式启动 。这催生了后来的首次代币发行（ICO）热潮和去中心化金融（DeFi），首次证明了区块链可以成为一个通用的计算平台 。
现实的瓶颈：拥堵的“数字高速公路”
然而，“世界计算机”的愿景很快遇到了现实的瓶颈。随着应用生态的爆发式增长，以太坊主网络（Layer 1）开始不堪重负。
- 高昂的Gas费： 网络交易就像在城市高峰期开车，道路有限而车辆繁多，想要快速通行就必须支付高昂的“过路费”（Gas费）。你是否也曾因手续费太高而放弃过一笔交易？这正是成千上万用户每天面临的困境。
- 缓慢的交易速度： 在高峰时段，以太坊每秒大约只能处理15-30笔交易（根据区块链浏览器统计数据）。这与主流支付网络动辄数千笔的处理能力相去甚远，极大地限制了其应用场景。
- 中心化风险与环境问题： 原有的工作量证明（PoW）机制虽然安全，但能耗巨大，且专业的“挖矿”设备导致算力逐渐集中，对去中心化构成潜在威胁。
战略转型：从“拓宽主路”到“构建高速网络”
面对拥堵，以太坊的战略发生了转变。与其让主高速公路（L1）承担所有交通压力，不如将它升级为一个极其安全、可靠的“全球结算中心”，同时鼓励修建无数条“立交桥和高架路”（即第二层网络，L2）来分流交通 。
在这个被称为“以 Rollup 为中心”的模块化蓝图中，L1 的角色变成了“世界账本”。它不再是大家直接开车的地方，而是为所有 L2 立交桥提供安全保障和数据记录服务的内核枢纽。L2 们在自己的高架路上处理成千上万笔交易，然后把这些交易的最终结果打包，发布回 L1 主路进行最终确认和存档。这样一来，整个交通网络（以太坊生态）的吞吐量得到了巨大提升，同时所有交易最终都享受到了 L1 主路级别的安全保障。
这一转变重新定义了以太坊的价值。它不再与其他区块链比拼谁的主路车速快，而是竞争谁能成为最安全、最去中心化的全球结算中心，吸引最多的“立交桥”来此安家落户。
第一章：合并（The Merge）：已完成的绿色革命
1.1 为何要“合并”？一场环保与安全的双重革命
“合并”是以太坊历史上最重要的一次升级，于 2022 年 9 月 15 日成功完成。
以太坊之前是一台依靠燃烧大量汽油来源转的巨大引擎（工作量证明，PoW），噪音大、能耗高。而“合并”就像是在汽车行驶过程中，不停车、不熄火，直接将汽油引擎换成了一台高效、安静的电动机（权益证明，PoS）。
这次“换引擎”主要出于两个原因：
- 环保：“汽油引擎”（PoW）需要“矿工”们进行大量的数学竞赛来“挖矿”，这个过程消耗的电力惊人。“合并”后，以太坊的能耗骤降了超过99.95%，解决了最受诟病的环境问题。
更强的安全性：在新的“电动机”（PoS）模式下，网络的安全不再依赖于谁的算力更强，而是依赖于“验证者”质押的 ETH 数量。验证者如果作恶，他们质押的巨额资金将被没收（即“罚没”），这种直接的经济惩罚机制带来了更强的安全保障。
1.2 技术揭秘：双链合一的精密操作
“合并”的技术实现极为精巧。它并非凭空升级，而是在原有的 PoW 主网（执行层）旁边，并行运行了一条全新的 PoS 链——信标链（共识层）近两年之久。合并的那一刻，就像是两条并行的铁轨最终汇合，原主网的历史和状态被完整地“接入”到信标链上，从此由 PoS 机制全权负责网络的共识。
在 PoS 机制下，“验证者”取代了“矿工”。任何人质押 32 个 ETH，就可以成为验证者，参与提议和验证区块，并从中赚取“利息”（区块奖励）。随后的“Shapella”升级则开放了质押 ETH 的提款功能，标志着向 PoS 的过渡彻底完成。
1.3 深远影响：为未来所有升级铺平道路
“合并”本身并没有直接降低 Gas 费或提高交易速度，但它是一切后续升级的基石。
- 经济模型变革：ETH 的发行量大幅减少，结合交易费销毁机制（EIP-1559），ETH在某些时期甚至进入通缩状态，改变了其经济模型。
- 解锁可扩展性：PoS 的可预测出块时间（每 12 秒一个）和清晰的验证者体系，是后续扩容升级（如分片）的技术前提。
- 正在进行的研究：
- 单时隙最终性 (SSF)：目前，一笔交易需要约 13 分钟才能达到“最终确定”（即不可逆转）。SSF (Single Slot Finality) 的目标是将这个时间缩短到一个时隙（12秒）内，让交易“秒速确认”，这将极大提升用户体验和 L2 的效率。
第二章：扩容（The Surge）：建设交通网络
2.1 宏伟目标：通往 100,000 TPS 之路
“扩容”阶段的目标非常明确：将以太坊生态的处理能力从目前的几十 TPS 提升至每秒超过 10 万笔交易（100,000+ TPS）。这并非要拓宽 L1 主路本身，而是要为 L2 “立交桥”们提供海量、廉价的“建筑材料”（数据空间）。
2.2 内核技术：Rollup 如何“蚂蚁搬家”
Rollup 是实现扩容的内核技术。如果说以太坊 L1 是一条拥堵的市中心主干道，那么 Rollup 就像是无数条高架桥（L2）。它们将成百上千辆车（交易）在自己的高架桥上处理完毕，然后派一辆大巴车（一个压缩数据包）把所有车辆的出行记录（交易数据）一次性送到市中心的档 案 局（L1）备案 。这样既分担了主路的交通压力，又保证了所有出行记录都得到了官方认证。
目前主要有两种 Rollup 技术：
- Optimistic Rollup (乐观主义卷积)：如 Optimism 和 Arbitrum。它们“乐观地”假设所有交易都是有效的，直接将结果提交给 L1。但会留出一个“挑战期”（约 7 天），任何人如果发现作弊行为，可以提交“欺诈证明”来举报。一旦举报成功，作弊交易将被撤销。
- Zero-Knowledge Rollups (零知识卷积)：如 zkSync 和 Starknet。它们采用先进的密码学技术，为每一批交易生成一个“有效性证明”。这个证明就像一个加密的“公证书”，L1 只需验证这份公证书的真伪，就能瞬间确认这批交易全部有效，无需逐一检查 。
2.3 关键协议：EIP-4844与数据可用性抽样 (DAS)
Rollup 最大的成本是将数据发布回 L1。为了降低这个成本，以太坊在 2024 年 3 月的 Dencun 升级中引入了 EIP-4844 (Proto-Danksharding)。
以前，L2 向 L1 提交数据，就像是把货物（数据）直接堆在高速公路的路面上（CALLDATA），永久占用空间，所以费用昂贵。EIP-4844 则像是给高速公路增加了一种专用的“丰巢”（数据 Blob）。这些包裹被临时存放在路边的“丰巢”里，大约一个月后就会被清理掉，不占用主路永久空间，因此费用大大降低。
未来研究方向：数据可用性抽样 (DAS)：这是扩容的终极形态。未来，验证者将不再需要下载整个数据包裹来确认其存在。
想象一本巨大的百科全书，为了确认这本书是完整的，你不需要通读全书。通过 DAS，你只需随机翻阅几页，就能以极高的概率确定整本书没有缺页。这将使以太坊能安全地处理海量数据，为L2 提供近乎无限的廉价数据空间，同时又不会给验证者带来过重的负担。
第三章：净化（The Scourge）：创建法律体系
3.1 看不见的“税”：什么是最大可提取价值 (MEV)？
“净化”阶段旨在解决以太坊网络中一个棘手的问题——MEV（最大可提取价值）。
验证者就像是股票交易所的撮合引擎。他们能看到所有尚未成交的买卖订单。MEV 就像是这个撮合引擎利用信息优势，通过调整订单的成交顺序，或者在两个大单之间插入自己的小单，来赚取额外的利润。这种“插队”或“抢跑”行为，就是 MEV。
对 MEV 的追逐会带来中心化风险，因为只有技术和资金实力雄厚的大玩家才能构建最复杂的算法来攫取 MEV，这会挤压小验证者的生存空间，损害网络的去中心化。
3.2 解决方案：提议者-构建者分离 (PBS)
为了解决 MEV 带来的中心化问题，“净化”的内核方案是提议者-构建者分离 (PBS)。
PBS 就像是把“做蛋糕”和“分蛋糕”的权力分开。
- 构建者 (Builders)：他们是专业的“蛋糕师”，负责研究如何用各种配料（交易）做出最美味、最值钱的蛋糕（区块）。他们之间相互竞争。
- 提议者 (Proposers)：他们是普通的验证者，角色更像是“美食评论家”。他们不需要知道蛋糕是怎么做的，只需要从所有蛋糕师提交的作品中，选出那个附带“红包”最大的蛋糕，然后盖上“认证”的章，推荐给全网。
这种分离让验证者的工作变得简单，不再需要复杂的硬件和算法，从而保护了网络的去中心化。目前，一个名为 MEV-Boost 的外部方案已经实现了 PBS 的思想，未来目标是将其直接内置到以太坊协议中（ePBS）。
3.3 权衡与挑战：新的审查风险
然而，PBS 在解决MEV中心化问题的同时，也引入了新的风险：少数强大的“蛋糕师”（构建者）可能会联合起来，拒绝把某些“配料”（交易）放进蛋糕里，从而实现交易审查 。
- 包含列表 (Inclusion Lists)：为了对抗这种审查，社区正在研究“包含列表”机制。它允许“美食评论家”（提议者）指定一些必须被包含的“配料”（交易），无论“蛋糕师”是否喜欢，都必须放进蛋糕里，从而保证交易的抗审查性。
- 流动性质押中心化：像 Lido 这样的大型质押服务商控制了大量的验证者，也构成了中心化风险。“净化”阶段也在探索如何通过协议规则来限制这类平台的过度扩张。
第四章：边缘（The Verge）：赋能市民监督
4.1 “状态”的重负：日益臃肿的账本
以太坊的“状态”包含了所有账户余额、合约代码等信息。每个验证节点都必须存储完整的状态数据才能验证新区块。随着网络发展，这个“账本”越来越厚（目前已超过 135 GB），对节点的硬盘要求也越来越高。长此以往，只有数据中心才能运行节点，这将严重威胁网络的去中心化。
4.2 内核技术：从默克尔树到 Verkle 树
“边缘”阶段的内核是引入一种名为 Verkle 树的新数据结构，来替代现有的默克尔树。
假如以太坊的“状态”是整部《大英百科全书》，验证交易需要读完整部《大英百科全书》来确认一个事实。未来，只需拿到由公证处盖章的一页纸（Verkle 证明），就能确认这个事实的真实性，无需再持有整套丛书。对于一个拥有十亿条数据的账本，证明大小可以从几千字节减少到不足 150 字节。
4.3 权衡与挑战：量子威胁下的技术抉择
Verkle 树虽然高效，但其依赖的密码学技术（椭圆曲线）并非“量子安全”，未来可能被量子计算机破解。这引发了一场重要的技术路线权衡：
- 选择一：采用 Verkle 树 (更务实)：Verkle 树技术相对成熟，社区投入了大量研发，可以更快地实现无状态客户端，解决眼前的状态膨胀问题。但这可能是一个临时方案，未来仍需再次升级以应对量子威胁。
- 选择二：直接采用 STARKed 树 (更长远)：STARKs 是一种基于哈希的、天然抗量子的密码学技术。直接采用 STARKed 树可以一劳永逸地解决量子安全问题。但其技术更前沿，实现更复杂，可能会延迟无状态客户端的部署。
目前，社区倾向于先实现 Verkle 树，因为它能更快地带来去中心化的好处，同时为更长远的量子抗性技术成熟争取时间。
4.4 终极目标：无状态客户端
微小的证明是实现无状态性 (statelessness) 的关键。
一个“无状态客户端”就像一个图书管理员，他不需要把整座图书馆的书都记在脑子里。当有人来问某本书是否存在时，提问者会同时提供这本书和一张“索引卡”（Verkle 证明）。管理员只需核对这张卡片，就能立刻验证这本书确实属于这座图书馆，而无需亲自去书架上查找。
这将极大地降低运行验证节点的硬件门槛，即使手机也能参与，从而大大增强网络的去中心化。
第五章：清除（The Purge）：清理城市档案
5.1 历史的包袱：数据与技术债务
“清除”阶段的目标是为以太坊进行一次“大扫除”，清理掉常年累积的历史数据和技术债务。目前，节点默认需要存储自 2015 年以来的所有历史区块，这不仅占用大量硬盘空间，也让新节点加入网络变得非常耗时。
5.2 内核协议：EIP-4444 与历史数据过期
“清除”阶段的内核是 EIP-4444，它引入了历史数据过期机制。
一家公司不再要求每个部门都保存公司成立以来所有的文档。根据 EIP-4444，每个部门（节点）只需要保存最近一年的文档即可。更早的历史文档则会交给专门的“档案库”（如 The Graph、Portal Network 等去中心化存储网络）来保管。这样一来，每个部门的办公室（节点的硬盘）就不会被堆积如山的文档所淹没，可以保持“苗条”和高效。
5.3 协议简化：移除过时功能
除了清理数据，“清除”还致力于简化协议代码，比如移除一些过时且存在安全风险的功能（如SELFDESTRUCT 操作码），简化 Gas 费计算机制等。这就像给一个老旧的软件移除不再使用的功能，使其代码更简洁、更安全、更易于维护。
第六章：综合提升（The Splurge）：城市装修升级
6.1 告别助记词：账户抽象 (AA) 的革命
“综合提升”专注于改善用户和开发者的体验，可以说是为以太坊这座数字花园城市进行“精装修”。其中最重大的升级是
账户抽象 (Account Abstraction, AA) ：传统的以太坊账户（EOA）就像一个只有一把物理钥匙的保险箱，钥匙丢了，里面的东西就全没了。而账户抽象则把这个保险箱升级成了一个智能保险箱（智能合约钱包）。
通过 ERC-4337 标准，这个智能保险箱可以实现很多新功能 ：
- 社交恢复：不再依赖那串烦人的助记词。你可以指定几个信任的朋友或家人作为“监护人”，万一你忘了密码，他们可以帮你重置访问权限 。
- 支付任意代币作 Gas 费：你可以用 USDC 甚至其他代币来支付交易费，或者由应用开发者为你代付，实现“无 Gas”体验。
- 高级安全设置：可以设置每日转账限额、多重签名（需要多人同意才能转账）等。
- 交易批处理：一次签名，完成多个操作，比如“批准+兑换”。
这些功能让 Web3 钱包的体验更接近我们熟悉的网上银行，极大地降低了新用户的入门门槛。未来的 EIP-7702 等提案，旨在让现有的普通账户也能方便地用上这些智能功能。
6.2 升级引擎：EVM 的改进 (EVM Object Format)
“综合提升”的另一项重要工作是升级以太坊的“引擎”——EVM。EOF 是一系列 EIP 的集合，它为智能合约代码引入了一种新的、更规范的格式。这就像是给汽车引擎的零件制定了标准化的尺寸和接口，使得引擎更安全、更容易检查和升级。
6.3 面向未来：为量子计算做准备
“综合提升”阶段也着眼于长远的未来，其中就包括研究抗量子密码学。虽然量子计算机破解现有加密体系还需要很多年，但以太坊已经开始未雨绸缪，探索和测试能够抵御量子攻击的新加密算法（如基于哈希的密码学），确保网络在未来几十年的安全。
深度思考与未来展望
第七章：路线图背后的挑战与权衡
以太坊的演进之路并非一帆风顺，每一步都充满了深刻的思考和艰难的权衡。
7.1 模块化 vs. 单体：一场架构哲学的辩论
以太坊选择的“模块化”道路（L1 负责安全，L2 负责执行）与其他高性能区块链（如 Solana）的“单体式”架构形成了鲜明对比。
- 单体式架构 (Monolithic)：将执行、共识和数据可用性都放在一层处理。
- 优点：开发体验更简单，应用之间组合性强，用户无需在不同层之间切换，体验更流畅。
- 缺点：为了追求高性能，对验证节点的硬件要求极高，可能导致中心化；整个系统耦合度高，一个模块的 bug 可能导致全网宕机。
- 模块化架构 (Modular)：将不同功能分层处理。
- 优点：L1 可以专注于去中心化和安全，L2 可以灵活地为不同应用优化，整个生态系统更具韧性和可扩展性。
- 缺点：用户体验和流动性被分割在不同的 L2 之间，造成了新的挑战。
以太坊的选择是牺牲一定的原生流畅性，来换取长期的去中心化和安全性，这正是其作为全球结算层定位的内核。
7.2 L2 的“副作用”：流动性碎片化
随着L2生态的蓬勃发展，一个严峻的挑战浮出水面：流动性碎片化。
一座城市为了缓解交通，修建了数十座立交桥（L2）。虽然每座桥都很通畅，但桥与桥之间却互不相连。你想从 A 桥到 B 桥，必须先下桥回到拥堵的市中心（L1），再上另一座桥，费时又费钱。同样，DeFi 的资金（流动性）被分散在各个 L2 上，形成了“流动性孤岛”，导致交易滑点变大，资本效率降低，用户体验变差。
解决这个问题是当前生态系统的内核任务之一，方案包括开发更高效的跨链桥、构建统一的流动性层以及通过“链抽象”等技术对用户隐藏跨链的复杂性。
第八章：无形之手：以太坊的社区治理
技术路线图的执行，离不开其独特的去中心化治理模式。
以太坊的治理不像是一家公司由CEO拍板，更像是一个开放的城市规划委员会。任何人都可以提交“城市建设计划书”（即 EIPs，以太坊改进提案）。
这个过程大致如下：
- 公开讨论：提案者需要在社区论坛（如 Ethereum Magicians）上公开发布想法，接受所有人的质询和建议。
- 内核开发者会议 (ACD Calls)：最重要的技术决策发生在定期的“All Core Developers”电话会议上。在这里，来自不同客户端团队（如 Geth, Nethermind）的开发者们会讨论内核 EIP的技术可行性、紧迫性和潜在影响。
- 达成“粗略共识”：决策并非通过投票，而是通过“粗略共识”（Rough Consensus）。如果经过充分讨论，没有强烈的技术反对意见，且大多数内核开发者都认为某个方向是正确的，那么这个 EIP 就会被纳入未来的升级计划。
这种模式虽然有时显得缓慢，但它保证了决策的开放性、透明度和技术稳健性，是维护以太坊去中心化精神的关键。然而，随着协议日益复杂，如何让更多人有效参与治理，避免决策权过度集中于少数 Builder 手中，依然是一个持续的挑战。
第九章：Vitalik 的最新路线图思考——打造“精益”且持久的 L1
9.1 叙事回归：从“L2 优先”到“强化 L1”
近期，以太坊的叙事出现了一个重要的转变：重新聚焦于第一层（L1）本身。这并非要放弃 L2，而是在承认 L2 重要性的同时，强调一个更强大、更高效、更简洁的 L1 是整个生态系统繁荣的根基。为此，社区计划在未来一年左右将 L1 的容量提升约 10 倍，以更好地支持 L2 生态。
9.2 “精益以太坊”哲学：向比特币的简洁之美学习
在 2025 年 5 月的一篇重要文章《简化 L1》中，Vitalik 提出了一个内核理念：以太坊应该学习比特币协议的“简洁之美”。过于复杂的协议会增加出现漏洞的风险、擡高维护成本，并使普通人难以理解和参与治理。“少即是多”在此体现得淋漓尽致。
“精益以太坊”（Lean Ethereum）的愿景正是这一哲学的体现。其长远目标包括：
- 更简单的共识：用“三槽最终性”（3-slot finality）等机制简化当前的共识过程。
- 更简单的虚拟机：探索用 RISC-V 或最近提出的 leanVM 等极简虚拟机来替代复杂的 EVM。leanVM 是一个专为零知识证明设计的极简虚拟机，其目标是实现 10 倍的递归速度提升，让协议变得更高效、更易于验证。
9.3 对用户和开发者的意义
这一切宏大的技术叙事，最终将转化为普通用户和开发者的切身体验：
- 对用户而言：交易费用将持续下降，确认速度越来越快。借助账户抽象，使用钱包将变得像使用普通 App 一样简单安全，不再需要担心助记词丢失。
- 对开发者而言：一个更简洁、更强大的 L1 意味着更稳固的开发平台。EVM 的优化和 L2 生态的成熟将为构建更复杂、更高性能的应用提供可能。
以太坊的演进之路，是从一个宏大的“世界计算机”梦想，走向成为一个务实、稳健、服务于整个数字经济的“全球结算层”。这条路充满了挑战与权衡，但其最终目标始终如一：创建一个更加公平、开放、无需许可的数字未来。
最后欢迎大家结合《以太坊未来协议的可能》一书详细阅读。《以太坊未来协议的可能》是我在 LXDAO 工作组时制定的以太坊协议中文版本纸质书籍。
附录：内核术语介绍
- Layer 1 (L1): 区块链的主网络，如以太坊主网。它负责最终的安全和结算。
- Layer 2 (L2): 构建在L1之上的网络，旨在提升交易速度和降低成本。它们处理大部分交易，并将结果提交回L1以获得安全性。
- Proof-of-Work (PoW): 工作量证明。一种通过计算（挖矿）来保护网络安全的共识机制，能耗较高。
- Proof-of-Stake (PoS): 权益证明。一种通过质押加密货币来保护网络安全的共识机制，能耗极低。
- Rollups: 一种主流的L2技术，通过在链下执行交易并将其数据“卷起”压缩后发布到L1，来实现扩容。
- MEV (Maximal Extractable Value): 最大可提取价值。指验证者通过其对交易排序、打包的权力所能获得的超出标准区块奖励和Gas费的利润。
- PBS (Proposer-Builder Separation): 提议者-构建者分离。一种旨在减轻MEV负面影响的机制，将区块构建和区块提议的角色分开。
- Statelessness (无状态性): 一种使验证节点无需存储完整区块链状态即可验证网络的概念，能极大降低硬件要求。
- Account Abstraction (账户抽象): 一项允许用户账户（钱包）拥有智能合约功能的技术，极大地提升了灵活性和用户体验。
- EVM (Ethereum Virtual Machine): 以太坊虚拟机。执行以太坊智能合约的计算引擎。
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